본 논문에서, 부성 저항 특성을 갖는 능동 커패시턴스 회로를 이용한 고출력 능동 가변 대역 통과 여파기는 동축형 유전체 공진기와 버랙터 다이오드를 사용하여 설계하였으며, 셀룰러 TX, RX 대역을 모두 가변할 수 있도록 설계하였다. 능동 커패시턴스 회로의 직렬 피드백 구조는 가변 대역 통과 여파기의 버랙터 다이오드로부터 생기는 손실을 보상함과 동시에 고출력 특성을 갖도록 하기 위해 $P_{1dB}$가 32 dBm인 GaAs HFET을 사용하였다. 버랙터 다이오드는 고선형 특성을 갖도록 하기 위해 back-to-back 구조를 사용하였다. 제작된 2단 능동 가변 대역 통과 여파기는 셀룰러 대역인 800 MHz에서 900 MHz를 가변하며, 각각 25 MHz 대역폭으로 TX 대역 836 MHz에서 0.48 dB 삽입 손실 특성을 나타냈으며, RX 대역 881.5 MHz에서 0.39 dB 삽입 손실 특성을 나타내었다. $P_{1dB}$특성은 TX 및 RX 대역에서 각각 19.5 dBm과 23 dBm을 얻었다.
본 논문에서, 부성 저항 특성을 갖는 능동 커패시턴스 회로를 이용한 고출력 능동 가변 대역 통과 여파기는 동축형 유전체 공진기와 버랙터 다이오드를 사용하여 설계하였으며, 셀룰러 TX, RX 대역을 모두 가변할 수 있도록 설계하였다. 능동 커패시턴스 회로의 직렬 피드백 구조는 가변 대역 통과 여파기의 버랙터 다이오드로부터 생기는 손실을 보상함과 동시에 고출력 특성을 갖도록 하기 위해 $P_{1dB}$가 32 dBm인 GaAs HFET을 사용하였다. 버랙터 다이오드는 고선형 특성을 갖도록 하기 위해 back-to-back 구조를 사용하였다. 제작된 2단 능동 가변 대역 통과 여파기는 셀룰러 대역인 800 MHz에서 900 MHz를 가변하며, 각각 25 MHz 대역폭으로 TX 대역 836 MHz에서 0.48 dB 삽입 손실 특성을 나타냈으며, RX 대역 881.5 MHz에서 0.39 dB 삽입 손실 특성을 나타내었다. $P_{1dB}$특성은 TX 및 RX 대역에서 각각 19.5 dBm과 23 dBm을 얻었다.
In this paper, a high power active tunable bandpass filter made of dielectric resonators and varactor diodes is designed using the active capacitance circuit generating negative resistance for tuning cellular TX, RX band. An active capacitance circuit's series feedback circuit using GaAs HFET whose ...
In this paper, a high power active tunable bandpass filter made of dielectric resonators and varactor diodes is designed using the active capacitance circuit generating negative resistance for tuning cellular TX, RX band. An active capacitance circuit's series feedback circuit using GaAs HFET whose $P_{1dB}$ is 32 dBm is used for compensating the losses from the varactor diodes of the tunable bandpass filter. The tuning elements, the varactor diodes are used as the back-to-back configuration to achieve the high power performance, The designed active capacitance circuit improves the insertion loss characteristics. The designed 2-stage active tunable dielectric bandpass filter at cellular band can cover from 800 MHz to 900 MHz. The insertion losses at 836 MHz and 881.5 MHz with 25 MHz bandwidth are 0.48 dB and 0.39 dB, respectively. The $P_{1dB}$ of the designed bandpass filter at TX and RX band are measured as 19.5 dBm and 23 dBm, respectively.
In this paper, a high power active tunable bandpass filter made of dielectric resonators and varactor diodes is designed using the active capacitance circuit generating negative resistance for tuning cellular TX, RX band. An active capacitance circuit's series feedback circuit using GaAs HFET whose $P_{1dB}$ is 32 dBm is used for compensating the losses from the varactor diodes of the tunable bandpass filter. The tuning elements, the varactor diodes are used as the back-to-back configuration to achieve the high power performance, The designed active capacitance circuit improves the insertion loss characteristics. The designed 2-stage active tunable dielectric bandpass filter at cellular band can cover from 800 MHz to 900 MHz. The insertion losses at 836 MHz and 881.5 MHz with 25 MHz bandwidth are 0.48 dB and 0.39 dB, respectively. The $P_{1dB}$ of the designed bandpass filter at TX and RX band are measured as 19.5 dBm and 23 dBm, respectively.
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문제 정의
본 논문에서는 기존의 저잡음 및 소신호용에 적용되었던 능동 커패시턴스 회로를 송신부에 적용할 수 있도록 고출력 트랜지스터를 사용하여 설계할 수 있음을 확인하였다. 버랙터 다이오드에 의한 비선형특성을 바탕으로 능동형의 대역 통과 여파기의 비선형 특성을 검토하였다.
본 논문에서는 참고한 논문과 같이 트랜지스터와 직렬 공진기를 사용한 능동 회로를 사용하되, 고출력 특성을 가진 GaAs HFET를 사용함과 동시에 버랙터 다이오드의 선형성을 증가시키기 위하여 버랙터 다이오드를 back-to-back 방식国으로 연결한 능동가변 대역 통과 여파기가 셀룰러 대역에서 삽입 손실이 획기적으로 개선되며, 고출력의 특성을 만족하는지에 중점을 두고 설계, 제작하였다.
제안 방법
능동 가변 대역 통과 여파기는 가변 대역 통과 여파기에서 발생하는 삽입 손실을 개선하기 위해 능동커패시턴스 회로를 추가하여 제작하였다. 제작된 2단 고출력 능동 가변 대역 통과 여파기 회로는 그림 11과 같으며, 제작된 여파기는 그림 12와 같다.
이 경우에도 공진부는 back-to-back 구조로 버랙터 다이오드를 사용하여 커패시턴스 값이 조절되게 하였고, de block에 저항 소자를 써서 고출력 특성을 갖는 회로를 제작하였다. 능동 커패시턴스 회로는 HFET의 드레인단에 의부 소자 G와 山를 연결하고, 게이트단에 외부 직렬 커패시터 q를 연결하여 구성하였다. 제작된 여파기는 셀룰러 tx 대역에서 중심주파수가 836 MHz, RX 대역에서 중심주파수는 881.
확인하였다. 버랙터 다이오드에 의한 비선형특성을 바탕으로 능동형의 대역 통과 여파기의 비선형 특성을 검토하였다. 우선 고출력 트랜지스터를 사용하여 능동 커패시턴스 회로의 구성이 가능하여 삽입 손실을 줄였으며, 이때 버랙터 다이오드의 비선형 특성에 비해 다소 열화되는 PldB 값을 얻었다.
본 논문에서 제안된 구조는 그림 1에 나타나 있듯이 공통소스 형태이며, GaAs HFET의 드레인 단에 R, L, C를 직렬 형태로 단 회로이다.
설계 목표 대역인 셀룰러 대역에서 부성 저항을 갖는 능동 커패시턴스 회로 제작을 위해, 제시된 설계 방법을 이용하여 능동 커패시턴스 회로의 구성 소자 값을 얻는다. 그림 1의 트랜지스터는 고출력 특성을 지닌 Sirenza사의 HFET SHF-0589을 사용했으며, 이 때, 드레 인단에 연결된 R, Z, C 값을 1 Q, 2.
설계 시 사용한 버랙터 다이오드는 선형성을 증가시키기 위하여 버랙터 다이오드를 back-to-back 방식으로 연결하였다. 이 버랙터 다이오드의 바이어스 전압을 점차 증가시켰을 때 바이어스 전압에 따른 C, 값은 Deloach법을 이용하여 추출한 결과를 그림 7에 나타내었다.
성분을 가짐을 의미한다. 설계하고자 하는 셀룰러 대역에서 이러한 부성 저항 특성을 얻어 버랙터 다이오드에서 생기는 손실을 보상하여 통과대역 내 평탄도가 우수하며 삽입 손실이 개선된 능동 가변 대역 통과 여파기를 설계한다.
앞서 설명한 바와 같이 능동 커패시턴스를 이용한 여파기의 고출력의 특성을 보이기 위해 버랙터 다이오드는 back-to-back 구조를 사용하였고, de blocke 저항 소자를 사용하여 선형성을 개선하였다. 측정 결과, 셀룰러 TX 대역에서 Pmb는 19.
여파기의 공진기 간의 결합은 결합창을 통한 자계결합을 이용하였으며, 여파기의 중요한 설계 인자인 결합계수는 여파기의 중심 주파수와 대역폭, 리플의 크기와 차수에 의해 결정된다. 결합계수 구하는 식은 식 (3)과 같대'I
제작된 2단 고출력 능동 가변 대역 통과 여파기 회로는 그림 11과 같으며, 제작된 여파기는 그림 12와 같다. 이 경우에도 공진부는 back-to-back 구조로 버랙터 다이오드를 사용하여 커패시턴스 값이 조절되게 하였고, de block에 저항 소자를 써서 고출력 특성을 갖는 회로를 제작하였다. 능동 커패시턴스 회로는 HFET의 드레인단에 의부 소자 G와 山를 연결하고, 게이트단에 외부 직렬 커패시터 q를 연결하여 구성하였다.
특히 가변 대역에서 일정한 대역폭을 갖기 위해 결합창의 위치와 크기에 따른 결합계수의 주파수 축에 따른 변화를 확인하여 평탄도가 우수한 여파기를 구현하였다到
대상 데이터
7 dB이고, 대 역폭은 각각 25 MHz이다. 사용된 버랙터 다이오드는 Siemens사의 BB535 로 back-to-back 구조로 사용하였다.
사용된 버랙터 다이오드는 Siemens사의 BB535이며, 전압은 셀룰러 TX 대역에서 5 V, RX 대역에서 9 V 이며, 능동 회로에 사용된 트랜지스터는 PidB=32 dBm 인 Sirenza사의 HFET SHF-0589 이다. 능동 커패시턴스 가변 여파기에서 사용한 바이어스 전압은 %가 1.
능동 커패시턴스 회로는 HFET의 드레인단에 의부 소자 G와 山를 연결하고, 게이트단에 외부 직렬 커패시터 q를 연결하여 구성하였다. 제작된 여파기는 셀룰러 tx 대역에서 중심주파수가 836 MHz, RX 대역에서 중심주파수는 881.5 MHz로 제작되었으며, 대역폭은 각각 25 MHz이다.
대역폭은 25 MHz로 하였다. 제작에는 비유전율이 4인 두께 0.8 mm FR4 기판을 사용하였다.
성능/효과
5 dBm이며, RX 대역은 23 dBm을 얻었다. 그러나 TX 대역의 PidB 특성이 RX 대역의 특성에 비해 다소 낮은 것을 확인하였다. 그 이유는 RX 대역에 비해 TX 대역의 버랙터 다이오드의 손실이 더 커, TX 대역에서 더 큰 능동 커패시턴스 회로의 부성 저항값이 요구되기 때문이다.
보여주고 있다. 능동 커패시턴스 희로를 사용하지 않는 가변 대역 통과 여파기와 비교했을 때 셀룰러 TX 대역에서 삽입 손실이 2.4 dB 이상, RX 대역에서 1.30 dB 이상 향상됨을 보여준다.
우선 고출력 트랜지스터를 사용하여 능동 커패시턴스 회로의 구성이 가능하여 삽입 손실을 줄였으며, 이때 버랙터 다이오드의 비선형 특성에 비해 다소 열화되는 PldB 값을 얻었다. 셀룰러 TX 및 RX 대역에서 대역폭이 25 MHz 인 2단 능동 가변 대역 통과 여파기를 제작하여 측정한 결과, 각 대역에서 삽입 손실이 0.48 dB 미만이며, PidB가 TX 및 RX 대역에서 각각 19.5 dBm과 23 dBm 인 성능을 얻음으로써 고출력 회로에도 적용 가능함을 보였다. 일반적으로 셀룰러 대역 트랜시버 시스템은 30 dBm 이상의 PidB를 갖는다.
실험을 통해 확인한 결과, 길이가 12.0 mm, 내부지름은 2.15 mm인 유전체 공진기에 대해서, 공진기 사이의 결합창이 단락면에서 1 mm부터 6 mm 사이의 길이로, 5 nun일 때의 결합계수가 설계에 적합하여, 이때 결합계수의 크기가 0.026이었다. 버랙터 다이오드를 사용한 능동 가변 대역 통과 여파기는 인가된 전압에 따라 커패시턴스 값이 변하는 특성을 가지므로 가변 특성을 가지는 여파기 제작이 가능하다.
버랙터 다이오드에 의한 비선형특성을 바탕으로 능동형의 대역 통과 여파기의 비선형 특성을 검토하였다. 우선 고출력 트랜지스터를 사용하여 능동 커패시턴스 회로의 구성이 가능하여 삽입 손실을 줄였으며, 이때 버랙터 다이오드의 비선형 특성에 비해 다소 열화되는 PldB 값을 얻었다. 셀룰러 TX 및 RX 대역에서 대역폭이 25 MHz 인 2단 능동 가변 대역 통과 여파기를 제작하여 측정한 결과, 각 대역에서 삽입 손실이 0.
더 큰 부성 저항 값은 일반적으로 능동 커패시턴스 회로의 선형성을 악화시킨다. 전체적으로 버랙터 다이오드의 비선형 특성이 능동 대역 통과 여파기의 전체적인 비선형 특성에 영향을 미치고 있음을 확인하였다.
앞서 설명한 바와 같이 능동 커패시턴스를 이용한 여파기의 고출력의 특성을 보이기 위해 버랙터 다이오드는 back-to-back 구조를 사용하였고, de blocke 저항 소자를 사용하여 선형성을 개선하였다. 측정 결과, 셀룰러 TX 대역에서 Pmb는 19.5 dBm이며, RX 대역은 23 dBm을 얻었다. 그러나 TX 대역의 PidB 특성이 RX 대역의 특성에 비해 다소 낮은 것을 확인하였다.
일반적으로 셀룰러 대역 트랜시버 시스템은 30 dBm 이상의 PidB를 갖는다. 본 논문에서 사용한 트랜지스터보다 PldB가 좋은 트랜지스터를 사용할 경우, 제시된 구조를 사용하여 이 특성을 만족할 수 있을 것으로 사료된다.
참고문헌 (8)
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Moon-Seok Chung, Il-Soo Kim, and Sang-Won Yun, "Microwave active hairpin filter based on coupled negative resistance method", Proceeding of Korea-Japan Microwave Workshop(KJMW-2005), p. 75, 2005.
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